EP3843230A1 - Ladeinfrastrukturanordnung zum laden von elektrofahrzeugen und betriebsverfahren hierfür - Google Patents

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EP3843230A1
EP3843230A1 EP20215866.3A EP20215866A EP3843230A1 EP 3843230 A1 EP3843230 A1 EP 3843230A1 EP 20215866 A EP20215866 A EP 20215866A EP 3843230 A1 EP3843230 A1 EP 3843230A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charging
phase
supply system
unbalanced load
conductor
Prior art date
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Pending
Application number
EP20215866.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Checrallah Kachouh
Faical Turki
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CCS Abwicklungs AG
Original Assignee
Compleo Charging Solutions AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3843230A1 publication Critical patent/EP3843230A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/63—Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Definitions

  • the invention relates to a charging infrastructure arrangement for charging electric vehicles with at least one AC charging point, which is connected via a three-phase supply system with three phase conductors and a neutral conductor to a connection point which is set up to connect the charging infrastructure arrangement to an external supply network.
  • the invention also relates to an operating method for a charging infrastructure arrangement for charging electric vehicles.
  • comparatively high charging currents are provided for charging electric vehicles.
  • the high charging currents and the associated services can put a considerable strain on a supply network. This applies in particular when a plurality of charging points are connected to the supply network in one connection point and the charging points are also used to charge electric vehicles.
  • the unbalanced load is understood as the sum of all loads on the phase conductors at the connection point based on the currents or the powers, formed by vectorial addition. For example, the unbalanced load is zero if the load is symmetrical and the current or power amplitude is the same for all phases.
  • various charging points within a charging infrastructure arrangement are usually connected to different phase conductors of the three-phase supply system. In this way, it can be achieved that the load when charging the vehicles is distributed as possible to different phase conductors and one phase conductor is not excessively loaded. Furthermore, depending on the current load situation, individual charging points can be switched off if the phase conductor assigned to them is too heavily loaded.
  • the charging current for the most recently added electric vehicles can be reduced in order to comply with the limit value with regard to the current-carrying capacity, or provision is made for the charging current to be reduced proportionally for several or all vehicles.
  • the charging current for individual or all electric vehicles can be reduced if, for example, the load in a phase conductor is reduced by ending a charging process and the unbalanced load at the connection point of the charging infrastructure arrangement increases as a result.
  • the object of the present invention is to specify an improved charging infrastructure arrangement and an operating method for this, which counteract the aforementioned problems.
  • the charging infrastructure arrangement comprises for charging Electric vehicles have a connection point that is set up to connect the charging infrastructure arrangement to an external supply network, a three-phase current supply system with three phase conductors and a neutral conductor, at least one AC charging point that is connected to at least or precisely one phase conductor of the three-phase supply system and the Neutral conductor is connected, as well as an unbalanced load compensation unit, which is connected to the three-phase supply system via connecting conductors.
  • a maximum current-carrying capacity and / or a maximum unbalanced load are specified for the connection point.
  • the unbalanced load compensation unit is set up to receive information about an accumulated load on each phase conductor of the three-phase supply system due to the sum of the AC charging points and / or a local load on the three-phase supply system due to each individual AC charging point and for impressing an equalizing current between the phase conductors of the Three-phase supply system in such a way that the limit values for the maximum unbalanced load and / or the maximum current carrying capacity are not exceeded at the connection point.
  • the local and / or cumulative load on the three-phase supply system by the AC charging points can be determined, for example, via the load current, which includes the active current and the reactive current.
  • the local and / or cumulative load can be determined via the apparent power.
  • Apparent power includes active power and reactive power.
  • the particular advantage of the invention is that by providing the unbalanced load compensation unit within the charging infrastructure arrangement, the load on the phase conductors of the three-phase supply system can be balanced with the result that peak loads can be avoided or distributed in such a way that an actual unbalanced load at the connection point of the charging infrastructure arrangement is lower is than the maximum unbalanced load that is still permissible, which is 20 A or 4.6 kVA, respectively, for various network operators in Germany.
  • energy is taken from the least loaded phases or phase conductors of the three-phase supply system in order to distribute it to the more heavily loaded phases or phase conductors.
  • all phase conductors are loaded equally, i.e. the load currents in all phase conductors are the same.
  • the unbalanced load compensation unit provides a controller and power electronics with a bridge circuit.
  • the bridge circuit comprises a bridge branch for each phase conductor or for each connection conductor, which is assigned to a phase conductor of the three-phase supply line system, and an intermediate circuit with an intermediate circuit capacitance, which can include a plurality of capacitors.
  • a very inexpensive implementation of the bridge circuit results when the neutral conductor or a connection conductor of the unbalanced load compensation unit assigned to the neutral conductor of the three-phase supply system is connected to a center point of the intermediate circuit capacitance.
  • the bridge circuit can provide a further bridge branch for the connection conductor assigned to the neutral conductor of the three-phase supply system.
  • the neutral conductor is operated clocked so that the current in it can be regulated.
  • the load on the intermediate circuit capacitance is advantageously low here, since it only has to supply the commutation energy.
  • the charging infrastructure arrangement provides measuring means for determining the load (load currents and / or apparent power) of the various phase conductors of the three-phase supply system.
  • the measuring means are preferably arranged between the at least one AC charging point or the plurality of AC charging points on the one hand and the unbalanced load compensation unit on the other.
  • the load on the phase conductors can advantageously be determined and used for the regulated or controlled operation of the unbalanced load compensation unit.
  • the load currents in each phase conductor are determined individually by a single measuring device.
  • information on the local load there due to the charging current that is provided at this AC charging point can be transmitted to the unbalanced load compensation unit from each AC charging point.
  • the provision of the measuring means in the three-phase current supply line system can optionally be dispensed with. From the information The (unbalanced) load in the three-phase supply system is then balanced before balancing via the various local loads that are provided at the AC charging points and the knowledge of the phase conductors of the three-phase supply system to which the AC charging points are connected certainly.
  • the information about the local load on the three-phase supply system from the individual AC charging points and / or the cumulative load can be provided wirelessly and / or wired to the unbalanced load compensation unit.
  • the unbalanced load compensation unit can be operated in a regulated or controlled manner.
  • further AC loads in addition to the at least one AC charging point can be connected to the three-phase supply system of the charging infrastructure arrangement.
  • the means of production of a manufacturing company can be connected to the three-phase supply system as a further alternating current load.
  • the unbalanced load balancing unit of the charging infrastructure arrangement according to the invention can then also serve to compensate for possible unbalanced loads, which are due to the other alternating current loads, in such a way that the maximum unbalanced load at the connection point is not exceeded.
  • an unbalanced load compensation unit for a charging infrastructure arrangement with a plurality of phase conductors and a neutral conductor comprises means for receiving information about an accumulated load on each phase conductor and / or a local load on the three-phase supply system by a charging current that is provided at an AC charging point of the charging infrastructure arrangement .
  • the unbalanced load compensation unit comprises connecting conductors designed for connection to the phase conductors and the neutral conductor of the charging infrastructure arrangement, as well as a controller and power electronics.
  • the power electronics provide a bridge circuit, the bridge circuit providing a bridge branch for each phase conductor or connection conductor routed to the phase conductors and an intermediate circuit with an intermediate circuit capacitance.
  • the intermediate circuit capacitance can comprise a plurality of capacitors.
  • the power electronics are set up to interact with the controller Applying a compensating current between the connection conductors or phase conductors.
  • a phase conductor assigned to the neutral conductor can, for example, be connected to a midpoint of the intermediate circuit capacitance.
  • the bridge circuit can have a further bridge branch for the connection conductor of the unbalanced load compensation unit assigned to the neutral conductor.
  • an operating method for a charging infrastructure arrangement for charging electric vehicles comprises the following steps:
  • the unbalanced load compensation unit takes information about an accumulated load on each phase conductor of the three-phase supply system from all AC charging points and / or a local load on the three-phase current supply system from each AC charging point
  • the unbalanced load compensation unit determines an unbalanced load resulting from the cumulative load on each phase conductor of the three-phase supply system and / or from the local load on the three-phase supply system from each AC charging point, and the unbalanced load compensation unit then forms a compensation current between the phase conductors of a three-phase supply system of the charging infrastructure that is dimensioned such that an actual unbalanced load between the phase conductors at the connection point of the charging infrastructure arrangement is less than a maximum Sc defined for the connection point high load and / or that a maximum current carrying capacity is maintained.
  • the actual unbalanced load at the connection point is essentially completely balanced and becomes zero.
  • the particular advantage of the invention is that the operating method according to the invention loads the phases of the three-phase supply system more evenly and, as a result, achieves a reduction in the unbalanced load or adheres to a limit value for the maximum current-carrying capacity.
  • a large number of vehicles that are connected to the charging infrastructure arrangement can then be charged more quickly and / or with high charging currents without an external supply network being subjected to an inadmissibly high load.
  • the three-phase supply line system 7 is led to a connection point 6.
  • the connection point 6 is used to connect the charging infrastructure arrangement to an external supply network 8.
  • the three-phase supply system 7 in any case provides a first phase conductor L1, a second phase conductor L2, a third phase conductor L3 and a neutral conductor N.
  • the charging infrastructure arrangement also includes an unbalanced load compensation unit 5, which is connected to the phase conductors L1, L2, L3 and the neutral conductor N of the three-phase supply system 7 via four connection conductors 16, 17, 18, 19.
  • the unbalanced load compensation unit 5 comprises a controller and power electronics with a bridge circuit 20.
  • the load in the three-phase supply system 7 is determined in cumulative form via the load currents.
  • the charging infrastructure arrangement provides measuring means 9 for determining the load currents in the phase conductors L1, L2, L3.
  • the measuring means 9 are arranged between the AC charging points 1, 2, 3, 4 on the one hand and the unbalanced load compensation unit 5 on the other hand, that the load currents in the phase conductors L1, L2, L3 as the sum of the AC charging points 1, 2, 3, 4 provided charging currents i13, i22, i33, i42 can be determined separately for the phase conductors L1, L2, L3.
  • the unbalanced load compensation unit 5 receives the measured values for the load currents of the phase conductors L1, L2, L3.
  • the power electronics 20 of the unbalanced load equalization unit 5 are set up to impress equalizing currents i51, i52, i53 between the phase conductors L1, L2, L3 and the neutral conductor N of the three-phase supply system 7.
  • a charging current i13 is provided at a first AC charging point 1 of the charging infrastructure arrangement.
  • the first AC charging point 1 is coupled to a third phase conductor L3 of the three-phase supply system 7, with the result that the first charging current i13 loaded the third phase conductor L3.
  • a charging current i22 is provided which, due to the cabling of the second AC charging point 2, loads a second phase conductor L2 of the three-phase supply system 7.
  • a third AC charging point 3 and a fourth AC charging point 4 are connected to the three-phase supply system 7 in such a way that a third charging current i33 also the third phase conductor L3 and a fourth charging current i42 the second phase conductor L2 of the three-phase supply system 7 burden.
  • the respective load on the AC charging points 1, 2, 3, 4 taken individually or the charging current i13, i22, i33, i42 per AC charging point 1, 2, 3, 4 is in the rectangular coordinate system under the respective AC charging point 1 , 2, 3, 4 shown separately according to phases.
  • An accumulated load in the three-phase supply system 7 between two adjacent AC charging points 1, 2, 3, 4 or between the fourth AC charging point 4 and the unbalanced load compensation unit 5 is shown above the first phase conductor L1 of the three-phase supply system 7. It can also be seen here that the measuring means 9 determine the cumulative load from all four AC charging points 1, 2, 3, 4 and make it available to the unbalanced load compensation unit 5.
  • the third phase conductor L3 is now loaded with a total of 32 A.
  • the limit value for the maximum unbalanced load is now exceeded here.
  • the provision of the fourth charging current i42 at the fourth AC charging point 4 causes the maximum unbalanced load to be exceeded.
  • the maximum current carrying capacity which in With reference to the connection point 6 is specified, would not be exceeded in the present example.
  • the unbalanced load compensation unit 5 impresses compensation currents i51, i52, i53 between the phase conductors L1, L2, L3 and the neutral conductor N of the three-phase supply system 7 in such a way that an unbalanced load is balanced in the connection point 6 of the charging infrastructure arrangement to the effect that a limit value for a maximum Unbalanced load and / or a limit value for a maximum current carrying capacity at connection point 6 are not exceeded. In the ideal case, the unbalanced load at connection point 6 is balanced to zero.
  • the load currents of the three phase conductors L1, L2, L3 in the three-phase supply system 7 for a point between the fourth AC charging point 4 and the unbalanced load compensation unit 5 are shown.
  • the load currents correspond to those that are determined with the aid of the measuring means 9 and fed to the unbalanced load compensation unit 5.
  • the load on the second phase conductor L2 results from the sum of the charging currents i42, i22 that are provided at the second AC charging point 2 and the fourth AC charging point 4.
  • the load on the third phase conductor L3 results from the sum of the charging currents i13, i33 of the first AC charging point 1 and the third AC charging point 3.
  • Fig. 3 the load on the phase conductors L1, L2, L3 at connection point 6 of the charging infrastructure arrangement is shown. It can be seen here that the load currents i61, i62, i63 in the phase conductors L1, L2, L3 are of the same size and are out of phase.
  • the unbalanced load compensation unit 5 reproduces the in the graph Fig. 4 compensating currents i51, i52, i53 shown. In practical terms, this means that the phase with the least load (phase conductor L1) draws energy and transfers this energy to the highest loaded phases (phase conductor L2, L3) is distributed.
  • the powers p51, p52, p53 fed in or shifted by means of the power electronics of the unbalanced load compensation unit 5 are shown in the graph according to FIG Fig. 5 for the various phase conductors L1, L2, L3 or the connecting conductors 16, 17, 18 assigned to them.
  • FIGS Figures 6 to 8 Three alternative embodiments of the power electronics bridge circuit 20 are shown in FIGS Figures 6 to 8 reproduced.
  • the bridge circuit 20 provides a bridge branch 10, 11, 12 for the connection conductors 16, 17, 18 assigned to the phase conductors L1, L2, L3 and a further bridge branch 13 for the connection conductor 19 of the unbalanced load compensation unit 5 assigned to the neutral conductor N. Furthermore, an intermediate circuit 14 with an intermediate circuit capacitor is included.
  • the connection conductors 16, 17, 18, 19 are each connected to the phase conductors L1, L2, L3 and the neutral conductor N of the three-phase supply system 7 via an inductance or a coil.
  • the bridge circuit 20 comprises the bridge branches 10, 11, 12 for the connection conductors 16, 17, 18 assigned to the phase conductors L1, L2, L3, cf. Fig. 7 .
  • the connection conductors 16, 17, 18 assigned to the phase conductors L1, L2, L3 are each connected to the phase conductors L1, L2, L3 of the three-phase supply system 7 via an inductance or a coil.
  • the connection conductor 19 assigned to the neutral conductor N is connected to a midpoint of the intermediate circuit capacitance of the intermediate circuit 14 between two series-connected capacitors or capacities of preferably the same size.
  • a third alternative embodiment of the bridge circuit according to Fig. 8 corresponds essentially to the embodiment according to Fig. 7 .
  • the connection conductor 19 assigned to the neutral conductor N is also connected to the neutral conductor N of the three-phase supply system 7 via an inductance or a coil.
  • the bridge branches 10, 11, 12, 13 are each assigned switching means 15 for clocked operation of the connection conductors 16, 17, 18, 19.
  • Find 15 as switching means Use of power semiconductors, for example MOSFETs, IGBTs, thyristors, IGCTs or GTOs.
  • the switching means 15 are actuated or controlled via the control of the unbalanced load compensation unit 5.
  • the unbalanced load compensation unit 5 can be implemented as an independent physical component and connected to the three-phase supply line system 7.
  • the unbalanced load compensation unit 5 and a single AC charging point can be implemented in an integrated manner.
  • a plurality of unbalanced load compensation units 5 can be provided. These can be implemented, for example, integrated into the various AC charging points of the charging infrastructure arrangement, with the result that the equalization currents are applied in a distributed manner.
  • the charging infrastructure arrangement can provide charging stations with more than one AC charging point.
  • the charging infrastructure arrangement according to the invention can be designed in the sense of a supply infrastructure arrangement to use electric vehicles connected to the charging infrastructure arrangement as an energy source as part of a higher-level energy management system and to feed energy stored in the vehicles into the supply network as required. This can be useful, for example, to temporarily compensate for peak loads.
  • the charging infrastructure arrangement according to the invention comprises at least one AC charging point 1, 2, 3, 4, further AC loads can also be connected to the three-phase supply system 7 and load it symmetrically or asymmetrically.
  • the charging infrastructure arrangement according to the invention can comprise a DC charging device.
  • the unbalanced load compensation unit 5 can be part of the DC charging device.
  • the load on the three-phase supply system 7 is also determined as an example, cumulatively via the measured load currents of each phase conductor L1, L2, L3, which are determined by the sum of the load or charging currents i13, i22, i33, i42 of the AC charging points 1, 2, 3, 4 is defined.
  • the load could be via the cumulative power or locally via the Load or charging currents i13, i22, i33, i42 or the local apparent power of the individual AC charging points 1, 2, 3, 4 can be determined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeinfrastrukturanordnung zum Laden von Elektrofahrzeugen umfassend einen Anschlusspunkt (6), der eingerichtet ist zum Anschluss der Ladeinfrastrukturanordnung an ein externes Versorgungsnetz (8), umfassend ein zu dem Anschlusspunkt (6) geführtes Drehstrom-Zuleitungssystem (7) mit drei Phasenleitern und einem Nullleiter, umfassend wenigstens einen AC-Ladepunkt (1-4), der an wenigstens einen Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) und den Nullleiter angeschlossen ist, und umfassend eine Schieflastausgleichseinheit (5), die über Anschlussleiter an die Phasenleiter und den Nullleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) angeschlossen ist, wobei für den Anschlusspunkt (6) eine maximale Stromtragfähigkeit und/oder eine maximale Schieflast vorgegeben sind und wobei die Schieflastausgleichseinheit eingerichtet ist zum Entgegennehmen einer Information eine kumulierte Belastung jedes Phasenleiters des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) durch die AC-Ladepunkte (1-4) und/oder eine lokale Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) durch einen Ladestrom jedes AC-Ladepunkts (1-4) und zum Einprägen eines Ausgleichsstroms zwischen den Phasenleitern des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) derart, dass in dem Anschlusspunkt (6) die maximale Schieflast und/oder die maximale Stromtragfähigkeit nicht überschritten sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Schieflastausgleichseinheit (5) für eine Ladeinfrastrukturanordnung sowie ein Betriebsverfahren hierfür.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ladeinfrastrukturanordnung zum Laden von Elektrofahrzeugen mit wenigstens einem AC-Ladepunkt, welcher über ein Drehstrom-Zuleitungssystem mit drei Phasenleitern und einem Nullleiter an einen Anschlusspunkt angeschlossen ist, der eingerichtet ist zum Anschluss der Ladeinfrastrukturanordnung an ein externes Versorgungsnetz. Ferner betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren für eine Ladeinfrastrukturanordnung zum Laden von Elektrofahrzeugen.
  • Zum Laden von Elektrofahrzeugen werden in der Praxis vergleichsweise hohe Ladeströme bereitgestellt. Die hohen Ladeströme beziehungsweise die damit verbundenen Leistungen können ein Versorgungsnetz erheblich belasten. Dies gilt insbesondere, wenn eine Mehrzahl von Ladepunkten in einem Anschlusspunkt gemeinsam an das Versorgungsnetz angeschlossen ist und die Ladepunkte zugleich zum Laden von Elektrofahrzeugen genutzt wird.
  • Viele Netzbetreiber spezifizieren zur Vermeidung einer zu hohen Belastung des Versorgungsnetzes Grenzwerte für die Versorgungsnetzbelastung. Dies erfolgt beispielsweise in Bezug auf die maximale Stromtragfähigkeit, das heißt den zum Betrieb der Ladeinfrastrukturanordnung dem Versorgungsnetz maximal entnommenen Strom, sowie eine Schieflast. Die Schieflast versteht sich dabei als die durch vektorielle Addition gebildete Summe aller Belastungen der Phasenleiter im Anschlusspunkt bezogen auf die Ströme beziehungsweise die Leistungen. Beispielsweise ist die Schieflast null, wenn die Belastung symmetrisch ist und die Strom- beziehungsweise Leistungsamplitude für alle Phasen gleich groß ist.
  • Um die Vorgaben in Bezug auf die maximale Stromtragfähigkeit sowie die maximale Schieflast gewährleisten zu können, werden verschiedene Ladepunkte innerhalb einer Ladeinfrastrukturanordnung üblicherweise an unterschiedliche Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems angeschlossen. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Last beim Laden der Fahrzeuge möglichst auf verschiedene Phasenleiter verteilt wird und nicht ein Phasenleiter über Gebühr belastet ist. Weiter können je nach aktueller Lastsituation einzelne Ladepunkte abgeschaltet werden, wenn der ihnen zugeordnete Phasenleiter zu hoch belastet ist.
  • Ebenfalls ist bekannt, dass zur Einhaltung der Vorgaben in Bezug auf die maximale Stromtragfähigkeit einzelne Fahrzeuge mit einem geringeren als den technisch möglichen Ladestrom geladen werden. Beispielsweise kann der Ladestrom für die zuletzt hinzugekommenen Elektrofahrzeuge reduziert werden, um den Grenzwert in Bezug auf die Stromtragfähigkeit einzuhalten, oder es ist vorgesehen, dass der Ladestrom für mehrere oder alle Fahrzeuge anteilig reduziert wird. Ferner kann ungeachtet der Grenzwerte für die maximale Stromtragfähigkeit der Ladestrom für einzelne oder alle Elektrofahrzeuge reduziert werden, wenn beispielsweise durch das Beenden eines Ladevorgangs die Belastung in einem Phasenleiter reduziert wird und dadurch die Schieflast im Anschlusspunkt der Ladeinfrastrukturanordnung unzulässig ansteigt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Ladeinfrastrukturanordnung sowie ein Betriebsverfahren hierfür anzugeben, welche den vorbezeichneten Problemen entgegenwirken.
  • Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Demzufolge umfasst die Ladeinfrastrukturanordnung zum Laden von Elektrofahrzeugen einen Anschlusspunkt, der eingerichtet ist zum Anschluss der Ladeinfrastrukturanordnung an ein externes Versorgungsnetz, ein zu dem Anschlusspunkt geführtes Drehstrom-Zuleitungssystem mit drei Phasenleitern und einem Nullleiter, wenigstens einen AC-Ladepunkt, der an wenigstens oder genau einen Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems und den Nullleiter angeschlossen ist, sowie eine Schieflastausgleichseinheit, die über Anschlussleiter an das Drehstrom-Zuleitungssystem angeschlossen ist. Dabei sind für den Anschlusspunkt eine maximale Stromtragfähigkeit und/oder eine maximale Schieflast vorgegeben. Die Schieflastausgleichseinheit ist eingerichtet zum Entgegennehmen einer Information über eine kumulierte Belastung jedes Phasenleiters des Drehstrom-Zuleitungssystems durch die Summe der AC-Ladepunkte und/oder eine lokale Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems durch jeden einzelnen AC-Ladepunkt und zum Einprägen eines Ausgleichsstroms zwischen den Phasenleitern des Drehstrom-Zuleitungssystems derart, dass in dem Anschlusspunkt die Grenzwerte für die maximale Schieflast und/oder die maximale Stromtragfähigkeit nicht überschritten sind.
  • Die lokale und/oder kumulierte Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems durch die AC-Ladepunkte kann beispielsweise ermittelt werden über den Laststrom, welcher den Wirkstrom und den Blindstrom umfasst. Beispielsweise kann die lokale und/oder kumulierte Belastung über die Scheinleistung bestimmt werden. Die Scheinleistung umfasst die Wirkleistung und die Blindleistung.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Vorsehen der Schieflastausgleichseinheit innerhalb der Ladeinfrastrukturanordnung die Belastung der Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems ausgeglichen werden können mit der Folge, dass Spitzenlasten vermieden beziehungsweise so verteilt werden können, dass eine tatsächliche Schieflast im Anschlusspunkt der Ladeinfrastrukturanordnung geringer ist als die noch zulässige maximale Schieflast, die exemplarisch für verschiedene Netzbetreiber in Deutschland 20 A beziehungsweise 4,6 kVA beträgt. Hierzu wird den am wenigsten belasteten Phasen beziehungsweise Phasenleitern des Drehstrom-Zuleitungssystems Energie entnommen, um diese auf die höher belasteten Phasen beziehungsweise Phasenleiter zu verteilen. Im optimalen symmetrischen Fall sind alle Phasenleiter gleich belastet, das heißt die Lastströme in allen Phasenleitern sind gleich.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sieht die Schieflastausgleichseinheit eine Steuerung und eine Leistungselektronik mit einer Brückenschaltung vor. Die Brückenschaltung umfasst einen Brückenzweig je Phasenleiter beziehungsweise je Anschlussleiter, der einem Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems zugeordnet ist, sowie einen Zwischenkreis mit einer Zwischenkreiskapazität, die eine Mehrzahl von Kondensatoren umfassen kann.
  • Eine sehr kostengünstige Realisierung der Brückenschaltung ergibt sich, wenn der Nullleiter beziehungsweise ein dem Nullleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems zugeordneter Anschlussleiter der Schieflastausgleichseinheit an einen Mittelpunkt der Zwischenkreiskapazität angeschlossen ist.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Brückenschaltung einen weiteren Brückenzweig für den dem Nullleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems zugeordneten Anschlussleiter vorsehen. Der Nullleiter wird dabei getaktet betrieben, damit der Strom darin geregelt werden kann. Vorteilhaft ist die Belastung für die Zwischenkreiskapazität hierbei gering, da er nur die Kommutierungsenergie liefern muss.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sieht die Ladeinfrastrukturanordnung Messmittel vor zum Bestimmen der Belastung (Lastströme und/oder Scheinleistung) der verschiedenen Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems. Bevorzugt sind die Messmittel zwischen dem wenigstens einen AC-Ladepunkt oder der Mehrzahl von AC-Ladepunkten einerseits und der Schieflastausgleichseinheit andererseits angeordnet. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen der Messmittel die Belastung der Phasenleiter ermittelt und zum geregelten beziehungsweise gesteuerten Betrieb der Schieflastausgleichseinheit verwendet werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Lastströme in jedem Phasenleiter durch ein einzelnes Messmittel individuell bestimmt werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist von jedem AC-Ladepunkt eine Information zu der dortigen lokalen Belastung durch den Ladestrom, der an diesem AC-Ladepunkt bereitgestellt wird, an die Schieflastausgleichseinheit übertragbar. Vorteilhaft kann durch die Übertragung der Information zum Ladestrom optional auf das Vorsehen der Messmittel im Drehstrom-Zuleitungssystem verzichtet werden. Aus der Information über die verschiedenen lokalen Belastungen, die an den AC-Ladepunkten bereitgestellt werden, und dem Wissen über die Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems, an die die AC-Ladepunkt angeschlossen sind, wird dann die (Schief-) Last im Drehstrom-Zuleitungssystem vor der Symmetrierung bestimmt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Information über die lokale Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems durch die einzelnen AC-Ladepunkte und/oder die kumulierte Belastung kabellos und/oder leitungsgebunden an die Schieflastausgleichseinheit bereitgestellt werden. Die Schieflastausgleichseinheit kann geregelt oder gesteuert betrieben werden.
  • Beispielsweise können weitere Wechselstromlasten zusätzlich zu dem wenigstens einen AC-Ladepunkt an das Drehstrom-Zuleitungssystem der Ladeinfrastrukturanordnung angeschlossen sein. Beispielsweise können Produktionsmittel eines Fertigungsbetriebs als weitere Wechselstromlast an das Drehstrom-Zuleitungssystem angeschlossen sein. Die Schieflastsymmetrierungseinheit der erfindungsgemäßen Ladeinfrastrukturanordnung kann dann ebenfalls dazu dienen, eventuelle Schieflasten, welche auf die weiteren Wechselstromlasten zurückgehen, so auszugleichen, dass die maximale Schieflast im Anschlusspunkt nicht überschritten ist.
  • Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 8 auf. Demzufolge umfasst eine Schieflastausgleichseinheit für eine Ladeinfrastrukturanordnung mit einer Mehrzahl von Phasenleitern und einem Nullleiter Mittel zum Entgegennehmen einer Information über eine kumulierte Belastung jedes Phasenleiters und/oder einer lokalen Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems durch einen Ladestrom, der an einem AC-Ladepunkt der Ladeinfrastrukturanordnung bereitgestellt ist. Weiter umfasst die Schieflastausgleichseinheit zum Anschluss an die Phasenleitern und den Nullleiter der Ladeinfrastrukturanordnung ausgebildete Anschlussleiter sowie eine Steuerung und eine Leistungselektronik. Die Leistungselektronik sieht eine Brückenschaltung vor, wobei die Brückenschaltung einen Brückenzweig je Phasenleiter beziehungsweise zu den Phasenleitern geführten Anschlussleiter und einen Zwischenkreis mit einer Zwischenkreiskapazität vorsieht. Die Zwischenkreiskapazität kann eine Mehrzahl von Kondensatoren umfassen. Die Leistungselektronik ist im Zusammenwirken mit der Steuerung eingerichtet zum Aufbringen eines Ausgleichsstroms zwischen den Anschlussleitern beziehungsweise Phasenleitern.
  • Ein dem Nullleiter zugeordneter Phasenleiter kann beispielsweise an einen Mittelpunkt der Zwischenkreiskapazität angeschlossen sein. Beispielsweise kann die Brückenschaltung einen weiteren Brückenzweig für den dem Nullleiter zugeordneten Anschlussleiter der Schieflastausgleichseinheit aufweisen.
  • Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 11 auf. Demzufolge umfasst ein Betriebsverfahren für eine Ladeinfrastrukturanordnung zum Laden von Elektrofahrzeugen die folgenden Schritte: Die Schieflastausgleichseinheit nimmt eine Information über eine kumulierte Belastung jedes Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems durch alle AC-Ladepunkte und/oder eine lokale Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems durch jeden AC-Ladepunkt entgegen, die Schieflastausgleichseinheit bestimmt eine aus der kumulierten Belastung jedes Phasenleiter des Drehstrom-Zuleitungssystems und/oder aus der lokalen Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems durch jeden AC-Ladepunkt resultierende Schieflast und die Schieflastausgleichseinheit prägt dann zwischen den Phasenleitern eines Drehstrom-Zuleitungssystems der Ladeinfrastrukturanordnung einen Ausgleichsstrom ein, der so bemessen ist, dass eine tatsächliche Schieflast zwischen den Phasenleitern im Anschlusspunkt der Ladeinfrastrukturanordnung kleiner ist als eine für den Anschlusspunkt definierte maximale Schieflast und/oder dass eine maximale Stromtragfähigkeit gewahrt ist.
  • Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die tatsächliche Schieflast im Anschlusspunkt im Wesentlichen vollständig ausgeglichen wird und zu Null wird.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das erfindungsgemäße Betriebsverfahren die Phasen des Drehstrom-Zuleitungssystems gleichmäßiger belastet werden und im Ergebnis eine Reduzierung der Schieflast erreicht wird beziehungsweise ein Grenzwert für die maximale Stromtragfähigkeit eingehalten wird. Eine Vielzahl von Fahrzeugen, die an die Ladeinfrastrukturanordnung angeschlossen sind, können dann schneller und/oder mit hohen Ladeströmen geladen werden, ohne dass ein externes Versorgungsnetz unzulässig hoch belastet wird.
  • Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Erfindungsgemäß beschriebene Merkmale und Details der Ladeinfrastrukturanordnung und/oder der Schieflastausgleichseinheit gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren und umgekehrt. So kann auf die Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Ladeinfrastrukturanordnung mit vier an ein Drehstrom-Zuleitungssystem angeschlossenen Ladepunkten und einer Schieflastausgleichseinheit,
    Fig. 2
    eine grafische Darstellung von Lastströmen im Drehstrom-Zuleitungssystem vor einer Symmetrierung,
    Fig. 3
    die Lastströme im Drehstrom-Zuleitungssystem nach der Symmetrierung,
    Fig. 4
    eine grafische Darstellung von Ausgleichsströmen, welche von der Schieflastausgleichseinheit aufgeprägt werden,
    Fig. 5
    eine grafische Darstellung von eingespeisten Leistungen der Schieflastausgleichseinheit,
    Fig. 6
    eine erste Variante einer Brückenschaltung der Leistungselektronik der Schieflastausgleichseinheit,
    Fig. 7
    eine zweite Variante der Brückenschaltung der Leistungselektronik der Schieflastausgleichseinheit und
    Fig. 8
    eine dritte Variante der Brückenschaltung der Leistungselektronik der Schieflastausgleichseinheit.
  • Eine erfindungsgemäße Ladeinfrastrukturanordnung nach Fig. 1 umfasst exemplarisch vier AC-Ladepunkte 1, 2, 3, 4, die an ein Drehstrom-Zuleitungssystem 7 der Ladeinfrastrukturanordnung angeschlossen sind. Das Drehstrom-Zuleitungssystem 7 ist zu einem Anschlusspunkt 6 geführt. Der Anschlusspunkt 6 dient dem Anschluss der Ladeinfrastrukturanordnung an ein externes Versorgungsnetz 8. Das Drehstrom-Zuleitungssystem 7 sieht jedenfalls einen ersten Phasenleiter L1, einen zweiten Phasenleiter L2, einen dritten Phasenleiter L3 sowie einen Nullleiter N vor.
  • Die Ladeinfrastrukturanordnung umfasst darüber hinaus eine Schieflastausgleichseinheit 5, welche über vier Anschlussleiter 16, 17, 18, 19 an die Phasenleiter L1, L2, L3 und dem Nullleiter N des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 angeschlossen ist. Die Schieflastausgleichseinheit 5 umfasst eine Steuerung sowie eine Leistungselektronik mit einer Brückenschaltung 20.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Belastung im Drehstrom-Zuleitungssystem 7 in kumulierter Form über die Lastströme bestimmt. Die Ladeinfrastrukturanordnung sieht Messmittel 9 vor zum Bestimmen der Lastströme in den Phasenleitern L1, L2, L3 vor. Die Messmittel 9 sind so zwischen den AC-Ladepunkten 1, 2, 3, 4 einerseits und der Schieflastausgleichseinheit 5 andererseits angeordnet, dass die Lastströme in den Phasenleitern L1, L2, L3 als Summe der von den AC-Ladepunkten 1, 2, 3, 4 bereitgestellten Ladeströme i13, i22, i33, i42 getrennt für die Phasenleiter L1, L2, L3 bestimmt werden können. Die Schieflastausgleichseinheit 5 nimmt die Messwerte für die Lastströme der Phasenleiter L1, L2, L3 entgegen. Im Zusammenwirken mit der Steuerung ist die Leistungselektronik 20 der Schieflastausgleichseinheit 5 eingerichtet zum Einprägen von Ausgleichsstrom i51, i52, i53 zwischen den Phasenleitern L1, L2, L3 und dem Nullleiter N des Drehstrom-Zuleitungssystems 7.
  • In einem in der Fig. 1 dargestellten Betriebsfall sei angenommen, dass ein Ladestrom i13 an einem ersten AC-Ladepunkt 1 der Ladeinfrastrukturanordnung bereitgestellt wird. Der erste AC-Ladepunkt 1 sei dabei mit einem dritten Phasenleiter L3 des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 gekoppelt mit der Folge, dass der erste Ladestrom i13 den dritten Phasenleiter L3 belastet. An einem zweiten AC-Ladepunkt 2 der Ladeinfrastrukturanordnung wird ein Ladestrom i22 bereitgestellt, der aufgrund der Verkabelung des zweiten AC-Ladepunkts 2 einen zweiten Phasenleiter L2 des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 belastet. In analoger Weise sind ein dritter AC-Ladepunkt 3 und ein vierter AC-Ladepunkt 4 so mit dem Drehstrom-Zuleitungssystem 7 verbunden, dass ein dritter Ladestrom i33 ebenfalls den dritten Phasenleiter L3 und ein vierter Ladestrom i42 den zweiten Phasenleiter L2 des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 belasten.
  • Die jeweilige Belastung der AC-Ladepunkte 1, 2, 3, 4 für sich genommen beziehungsweise der Ladestrom i13, i22, i33, i42 je AC-Ladepunkt 1, 2, 3, 4 ist in dem rechtwinkligen Koordinatensystem unter des jeweiligen AC-Ladepunkts 1, 2, 3, 4 nach Phasen getrennt dargestellt. Eine kumulierte Belastung im Drehstrom-Zuleitungssystem 7 zwischen zwei benachbarten AC-Ladepunkten 1, 2, 3, 4 beziehungsweise zwischen dem vierten AC-Ladepunkt 4 und der Schieflastausgleichseinheit 5 ist jeweils oberhalb des ersten Phasenleiters L1 des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 dargestellt. Erkennbar ist hierbei auch, dass die Messmittel 9 die kumulierte Belastung durch alle vier AC-Ladepunkte 1, 2, 3, 4 ermitteln und der Schieflastausgleichseinheit 5 zur Verfügung stellen.
  • Nimmt man zur Erklärung der Funktion des Schieflastausgleichs einmal an, dass über einen ersten AC-Ladepunkt 1 und einen dritten AC-Ladepunkt 3 jeweils ein Ladestrom i13, i33 von 16 A und über einen zweiten AC-Ladepunkt 2 und einen vierten AC-Ladepunkt 3 jeweils ein Ladestrom i22, i42 von 20 A bereitgestellt wird, dass für den Anschlusspunkt 6 eine maximale Schieflast von 20 A zulässig ist und dass die maximale Stromtragfähigkeit im Anschlusspunkt 6 bei 64 A liegt, wird man erkennen, dass allein bei einer Bereitstellung der Ladeströme i13, i22 an den ersten beiden AC-Ladepunkten 1, 2 die maximale Schieflast nicht überschritten ist. Ebenso ist der Grenzwert für die maximale Stromtragfähigkeit eingehalten. Durch die Bereitstellung des dritten Ladestroms i33 an dem dritten AC-Ladepunkt 3 wird nun der dritte Phasenleiter L3 mit insgesamt 32 A belastet. Hier kommt es jetzt zu einer Überschreitung des Grenzwerts für die maximale Schieflast. In analoger Weise wird durch die Bereitstellung des vierten Ladestroms i42 an dem vierten AC-Ladepunkt 4 die maximale Schieflast überschritten. Die maximale Stromtragfähigkeit, welche in Bezug auf den Anschlusspunkt 6 spezifiziert ist, wäre im vorliegenden Beispiel nicht überschritten.
  • Aufgrund der Verletzung der Grenzwerte für die maximale Schieflast wäre ein Betrieb der Ladeinfrastrukturanordnung ohne die Schieflastausgleichseinheit 5 in dem oben skizzierten Betriebsfall nicht uneingeschränkt möglich. Erst die Schieflastausgleichseinheit 5 sorgt erfindungsgemäß dafür, dass der am geringsten belasteten Phase (Phasenleiter L1) des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 Energie entnommen und diese Energie auf die am stärksten belasteten Phasen (Phasenleiter L2, L3) verteilt wird. Die Schieflastausgleichseinheit 5 prägt hierzu Ausgleichsströme i51, i52, i53 zwischen den Phasenleitern L1, L2, L3 und dem Nullleiter N des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 derart ein, dass in dem Anschlusspunkt 6 der Ladeinfrastrukturanordnung eine Schieflast dahingehend ausgeglichen ist, dass ein Grenzwert für eine maximale Schieflast und/oder ein Grenzwert für eine maximale Stromtragfähigkeit im Anschlusspunkt 6 nicht überschritten sind. Im Idealfall ist die Schieflast im Anschlusspunkt 6 auf Null ausgeglichen.
  • In dem Graph nach Fig. 2 sind die Lastströme der drei Phasenleiter L1, L2, L3 im Drehstrom-Zuleitungssystem 7 für einen Punkt zwischen dem vierten AC-Ladepunkt 4 und der Schieflastausgleichseinheit 5 dargestellt. Die Lastströme entsprechen insofern denen, die mithilfe der Messmittel 9 bestimmt und der Schieflastausgleichseinheit 5 zugeführt werden. Während der erste Phasenleiter L1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel unbelastet ist, ergibt sich die Belastung des zweiten Phasenleiters L2 durch die Summe der Ladeströme i42, i22, die an den zweiten AC-Ladepunkt 2 und dem vierten AC-Ladepunkt 4 bereitgestellt werden. In analoger Weise ergibt sich die Belastung des dritten Phasenleiters L3 durch die Summe der Ladeströme i13, i33 des ersten AC-Ladepunkts 1 und des dritten AC-Ladepunkts 3.
  • In Fig. 3 ist die Belastung der Phasenleiter L1, L2, L3 im Anschlusspunkt 6 der Ladeinfrastrukturanordnung dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, dass die Lastströme i61, i62, i63 in den Phasenleitern L1, L2, L3 gleich groß und phasenverschoben sind. Zur Realisierung dieser gleichmäßigen Belastung im Drehstrom-Zuleitungssystem 7 prägt die Schieflastausgleichseinheit 5 die in dem Graph nach Fig. 4 dargestellten Ausgleichsströme i51, i52, i53 ein. Praktisch bedeutet dies, dass der am wenigsten belastete Phase (Phasenleiter L1) Energie entnommen und diese Energie auf die am höchsten belasteten Phasen (Phasenleiter L2, L3) verteilt wird. Die mittels der Leistungselektronik der Schieflastausgleichseinheit 5 eingespeisten beziehungsweise verschobenen Leistungen p51, p52, p53 sind in dem Graph nach Fig. 5 für die verschiedenen Phasenleiter L1, L2, L3 beziehungsweise die ihnen zugeordneten Anschlussleiter 16, 17, 18 dargestellt.
  • Drei alternative Ausführungsformen der Brückenschaltung 20 der Leistungselektronik sind in den Fig. 6 bis 8 wiedergegeben.
  • Nach einer ersten Ausführungsform gemäß Fig. 6 sieht die Brückenschaltung 20 je einen Brückenzweig 10, 11, 12 für die den Phasenleitern L1, L2, L3 zugeordneten Anschlussleiter 16, 17, 18 und einen weiteren Brückenzweig 13 für den dem Nullleiter N zugeordneten Anschlussleiter 19 der Schieflastausgleichseinheit 5 vor. Des Weiteren ist ein Zwischenkreis 14 mit einem Zwischenkreiskondensator umfasst. Die Anschlussleiter 16, 17, 18, 19 sind jeweils über eine Induktivität beziehungsweise eine Spule an die Phasenleiter L1, L2, L3 und den Nullleiter N des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 angeschlossen.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform umfasst die Brückenschaltung 20 für die den Phasenleitern L1, L2, L3 zugeordneten Anschlussleiter 16, 17, 18 die Brückenzweige 10, 11, 12, vgl. Fig. 7. Die den Phasenleitern L1, L2, L3 zugeordneten Anschlussleiter 16, 17, 18 sind jeweils über eine Induktivität beziehungsweise eine Spule an die Phasenleiter L1, L2, L3 des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 angeschlossen. Darüber hinaus ist der dem Nullleiter N zugeordnete Anschlussleiter 19 an einen Mittelpunkt der Zwischenkreiskapazität des Zwischenkreises 14 zwischen zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren beziehungsweise Kapazitäten von bevorzugt gleicher Größe angeschlossen.
  • Eine dritte alternative Ausführungsform der Brückenschaltung nach Fig. 8 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 7. Allerdings ist hier auch der dem Nullleiter N zugeordneten Anschlussleiter 19 über eine Induktivität beziehungsweise eine Spule an den Nullleiter N des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 angeschlossen.
  • Jeweils sind den Brückenzweigen 10, 11, 12, 13 Schaltmittel 15 zum getakteten Betrieb der Anschlussleiter 16, 17, 18, 19 zugeordnet. Als Schaltmittel 15 finden Leistungshalbleiter, beispielsweise MOSFETs, IGBTs, Thyristoren, IGCTs oder GTOs Verwendung. Die Schaltmittel 15 werden über die Steuerung der Schieflastausgleichseinheit 5 betätigt beziehungsweise angesteuert.
  • Nach der Erfindung kann beispielsweise die Schieflastausgleichseinheit 5 als eigenständige physikalische Komponente realisiert und an das Drehstrom-Zuleitungssystem 7 angeschlossen sein. Beispielsweise können die Schieflastausgleichseinheit 5 und ein einzelner AC-Ladepunkt integriert realisiert sein. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Schieflastausgleichseinheiten 5 vorgesehen sein. Diese können beispielsweise integriert in die verschiedenen AC-Ladepunkte der Ladeinfrastrukturanordnung realisiert sein mit der Folge, dass die Aufprägung der Ausgleichsströme verteilt erfolgt. Beispielsweise kann die Ladeinfrastrukturanordnung Ladestationen mit mehr als einem AC-Ladepunkt vorsehen.
  • Die erfindungsgemäße Ladeinfrastrukturanordnung kann im Sinne einer Versorgungsinfrastrukturanordnung dazu ausgebildet sein, über das Bereitstellen von Ladeströmen für Elektrofahrzeuge hinaus an die Ladeinfrastrukturanordnung angeschlossene Elektrofahrzeuge im Rahmen eines übergeordneten Energiemanagements als Energiequelle zu nutzen und in den Fahrzeugen gespeicherte Energie bedarfsgerecht in das Versorgungsnetz einzuspeisen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, um temporär Lastspitzen auszugleichen.
  • Während die erfindungsgemäße Ladeinfrastrukturanordnung wenigstens einen AC-Ladepunkt 1, 2, 3, 4 umfasst, können des Weiteren weitere Wechselstromlasten an das Drehstrom-Zuleitungssystem 7 angeschlossen sein und dieses symmetrisch oder unsymmetrisch belasten. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Ladeinfrastrukturanordnung eine DC-Ladeeinrichtung umfassen. Die Schieflastausgleichseinheit 5 kann ein Teil der DC-Ladeeinrichtung sein.
  • Ebenso exemplarisch ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung die Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems 7 kumuliert über die gemessenen Lastströme jedes Phasenleiters L1, L2, L3 bestimmt, die durch die Summe der Lastbeziehungsweise Ladeströme i13, i22, i33, i42 der AC-Ladepunkte 1, 2, 3, 4 definiert ist. Alternativ könnte die Belastung über die kumulierte Leistung oder lokal über die Last- beziehungsweise Ladeströme i13, i22, i33, i42 oder die lokale Scheinleistung der einzelnen AC-Ladepunkte 1, 2, 3, 4 ermittelt werden.
  • Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Claims (14)

  1. Ladeinfrastrukturanordnung zum Laden von Elektrofahrzeugen umfassend
    - einen Anschlusspunkt (6), der eingerichtet ist zum Anschluss der Ladeinfrastrukturanordnung an ein externes Versorgungsnetz (8),
    - ein zu dem Anschlusspunkt (6) geführtes Drehstrom-Zuleitungssystem (7) mit drei Phasenleitern (L1, L2, L3) und einem Nullleiter (N),
    - wenigstens einen AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4), der an wenigstens einen Phasenleiter (L1, L2, L3) des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) und den Nullleiter (N) angeschlossen ist,
    - eine Schieflastausgleichseinheit (5), die über Anschlussleiter (16, 17, 18, 19) an die Phasenleiter (L1, L2, L3) und den Nullleiter (N) des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) angeschlossen ist,
    wobei für den Anschlusspunkt (6) eine maximale Stromtragfähigkeit und/oder eine maximale Schieflast vorgegeben sind und wobei die Schieflastausgleichseinheit (5) eingerichtet ist zum Entgegennehmen einer Information über eine kumulierte Belastung jedes Phasenleiters (L1, L2, L3) des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) durch die AC-Ladepunkte (1, 2, 3, 4) und/oder eine lokale Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) durch einen Ladestrom (i13, i22, i33, i42) jedes AC-Ladepunkts (1, 2, 3, 4) und zum Einprägen eines Ausgleichsstroms (i51, i52, i53) zwischen den Phasenleitern (L1, L2, L3) des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) derart, dass in dem Anschlusspunkt (6) die maximale Schieflast und/oder die maximale Stromtragfähigkeit nicht überschritten sind.
  2. Ladeinfrastrukturanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieflastausgleichseinheit (5) eine Steuerung und Leistungselektronik mit einer Brückenschaltung (20) vorsieht, wobei die Brückenschaltung (20) einen Brückenzweig (10, 11, 12) je Anschlussleiter (16, 17, 18), der einem Phasenleiter (L1, L2, L3) des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) zugeordnet ist, und einen Zwischenkreis (14) mit einer Zwischenkreiskapazität vorsieht.
  3. Ladeinfrastrukturanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Nullleiter (N) zugeordneter Anschlussleiter (19) der Schieflastausgleichseinheit (5) an einen Mittelpunkt der Zwischenkreiskapazität angeschlossen ist.
  4. Ladeinfrastrukturanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (20) einen weiteren Brückenzweig (13) für einen dem Nullleiter (N) des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) zugeordneten Anschlussleiter (19) vorsieht.
  5. Ladeinfrastrukturanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Messmittel (9) vorgesehen sind zum Bestimmen der kumulierten Belastung der Phasenleiter (L1, L2, L3) und/oder dass die Messmittel (9) zwischen dem wenigstens einen AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) einerseits und der Schieflastausgleichseinheit (5) andererseits vorgesehen sind.
  6. Ladeinfrastrukturanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von dem AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) eine Information zu der lokalen Belastung an jedem einzelnen AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) an die Schieflastausgleichseinheit (5) übertragbar ist.
  7. Ladeinfrastrukturanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Information über lokale Belastungen an jedem AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) und/oder die kumulierte Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) durch die AC-Ladepunkte (1, 2, 3, 4) kabellos und/oder leitungsgebunden an die Schieflastausgleichseinheit (5) bereitgestellt sind.
  8. Schieflastausgleichseinheit (5) für eine Ladeinfrastrukturanordnung mit einer Mehrzahl von Phasenleitern (L1, L2, L3) und einem Nullleiter (N), insbesondere für eine Ladeinfrastrukturanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend Mittel zum Entgegennehmen einer Information über einen lokale Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystem (7) durch einen AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) und/oder eine kumulierte Belastung jedes Phasenleiters (L1, L2, L3), umfassend zu den Phasenleitern (L1, L2, L3) und dem Nullleiter (N) der Ladeinfrastrukturanordnung geführte Anschlussleiter (16, 17, 18, 19), umfassend eine Steuerung und umfassend eine Leistungselektronik mit einer Brückenschaltung (20), wobei die Brückenschaltung (20) einen Brückenzweig (10, 11, 12) je Phasenleiter (L1, L2, L3) und einen Zwischenkreis (14) mit einer Zwischenkreiskapazität vorsieht und wobei die Leistungselektronik mit der Steuerung zusammenwirkt zum Einprägen eines Ausgleichsstroms (i51, i52, i53) zwischen den Phasenleitern (L1, L2, L3).
  9. Schieflastausgleichseinheit (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Nullleiter (N) zugeordneter Anschlussleiter (19) an einen Mittelpunkt der Zwischenkreiskapazität angeschlossen ist.
  10. Schieflastausgleichseinheit (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (20) einen weiteren Brückenzweig (13) für einen dem Nullleiter (N) zugeordneten Anschlussleiter (19) aufweist.
  11. Betriebsverfahren für eine Ladeinfrastrukturanordnung zum Laden von Elektrofahrzeugen, insbesondere für eine Ladeinfrastrukturanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ladeinfrastrukturanordnung einen Anschlusspunkt (6), ein zu dem Anschlusspunkt (6) geführtes Drehstrom-Zuleitungssystem (7) mit drei Phasenleitern (L1, L2, L3) und einem Nullleiter (N), wenigstens einen AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) und eine Schieflastausgleichseinheit (5) vorsieht, umfassend die folgenden Schritte:
    - die Schieflastausgleichseinheit (5) nimmt eine Information über eine kumulierte Belastung jedes Phasenleiter (L1, L2, L3) des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) durch die AC-Ladepunkte (1, 2, 3, 4) und/oder eine lokale Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) durch jeden AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) entgegen,
    - die Schieflastausgleichseinheit (5) bestimmt eine aus der kumulierten Belastung jedes Phasenleiter (L1, L2, L3) des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) und/oder aus der lokalen Belastung des Drehstrom-Zuleitungssystems (7) durch jeden AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) resultierende Schieflast,
    - die Schieflastausgleichseinheit (5) prägt einen Ausgleichsstrom (i51, i52, i53) ein, der so bemessen ist, dass eine tatsächliche Schieflast im Anschlusspunkt (6) kleiner ist als eine für den Anschlusspunkt (6) definierte maximale Schieflast und/oder dass eine maximale Stromtragfähigkeit im Anschlusspunkt (6) nicht überschritten ist.
  12. Betriebsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Schieflast im Anschlusspunkt (6) im Wesentlichen Null ist.
  13. Betriebsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kumulierte Belastung jedes Phasenleiters (L1, L2, L3) gemessen und dann an die Schieflastausgleichseinheit (5) übertragen wird.
  14. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Information über die lokale Belastung an dem AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) für jeden AC-Ladepunkt (1, 2, 3, 4) und/oder eine Information über einen mit dem Ladestrom (i13, i22, i33, i42) des AC-Ladepunkts (1, 2, 3, 4) belasteten Phasenleiter (L1, L2, L3) an die Schieflastausgleichseinheit (5) übertragen wird.
EP20215866.3A 2019-12-23 2020-12-21 Ladeinfrastrukturanordnung zum laden von elektrofahrzeugen und betriebsverfahren hierfür Pending EP3843230A1 (de)

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